Robotic Ventilator
1.0.0
Hola,
Con personas clave en diseño de robótica y desarrollo de software, un MD y un estudiante de MD, decidimos trabajar en un ventilador desde la crisis Covid-19.
Desde que trabajamos juntos en múltiples proyectos robóticos individuales, lo llamamos Robotic Repirator Team.
También participamos en https://www.agorize.com/en/challenges/code-life-challenge?lang=en como equipo robótico. Este fue un desafío para diseñar un ventilador en unos días.
Después de pocas ideas, decidimos usar un ventilador manual existente, Ambu (ver sitio web) y controlar el flujo utilizando un motor paso a paso para controlar con precisión el flujo de aire, el volumen, el cylce por minuto. El diseño se puede adaptar a un ventilador manual compatible con Ambu similar para "automatizar" el proceso de ventilación.
Gracias a Paulo Arruda y Patrick Schmitt que hayan "trabajado" al final de la noche para hacer una lluvia de ideas sobre esta idea / concepto.
Desafortunadamente, no pudimos hacer que todas las partes tengan un prototipo de trabajo según el 31 de marzo de 2020, por lo que decidimos compartir abiertamente nuestra idea para que podamos continuar construyendo y mejorando en la comunidad.
La tienda cerró Aroud US (Montreal, Canadá), y la entrega saltaba del alcance para que tengamos un prototipo para el 31 de marzo de 2020.
Así que no dude en inspirarse en esta propuesta y no dude en mejorar.
No dude en contactarnos por correo electrónico para obtener preguntas específicas.
La especificación es el Folowing:
Control de presión de hasta 40 CMH2O, presión de vencimiento de hasta 25 cmH2O
Relación de respiración de 6 a 40 respiración por minuto
Tiempo inspirador ajustable I: e ración
FIO2 de 21 a 100 % en 10 % de aumento
El tiempo de activación y el paciente
Conectarse a la máscara estándar
Circuito dual con válvula de no revisión (paciente y)
humedad y temperatura no controladas en nuestro diseño
O2 lea no en nuestro diseño
El sensor O2 es muy costoso y "imposible de encontrar" @ finales de marzo de 2020
Concepto 1: ML, F e I: E Ajuste a través del software, PEEP Mechanical Valve
Concepto 1A: ML, F e I: E Ajuste a través del software, la válvula mecánica PEEP, el ajuste de O2 basado en la plantilla basada en ML/F para ajustar el volumen de O2. (El hospital tiene válvula para ajustar el flujo)
Concepto 2: ML, F e I: E Ajuste a través del software, Válvula mecánica PEEP, pero el ajuste de O2 a través del software utilizando Electrovalve que se pulsará en función de PWM para la relación RO Mix Air / O2.
Concepto 3: ajuste de ML, F e I: E a través del software, la válvula mecánica PEEP, pero el ajuste de O2 a través del software utilizando electrovalvas que se pulsará en función de PWM en orden RO MIX Air / O2 Ratio, y el ajuste de PEEP en una cámara de escape basada en la válvula de solenoides a la escape. La válvula de seguridad debe implementarse, por supuesto.
Consulte el documento PDF para obtener un concepto de alto nivel.
Las piezas y el ensamblaje 3D completos están disponibles en la carpeta específica. El clon Ambu diferente puede tener diferentes dimensiones, pero nuestra intención es diseñar las garras de tal manera que se ajuste a los diferentes modelos destinados a apoyar a los adultos. Fue diseñado con SolidWorks.
Puede descargar un espectador gratuito, edrawing para ver el diseño.
El espectador gratuito le permitirá ocultar piezas (como la cubierta) o hacer que algunas piezas transparentes, y por supuesto, amplíen, gire y la navegación básica alrededor del diseño mecánico.
Abra el archivo automático del sistema de actuador Ambu.SDASM para ver el ensamblaje.
Piezas:
Todas las piezas que comienzan con un número son https://www.mcmaster.com/ Parts. Puede Oder Parts directamente de ellas o encontrar piezas equivalentes.
Parte 3D Impreso comienza con un 3D-XXXX. Tenemos acceso a una impresora 3D con plástico Onyx.
El componente principal es el motor paso a paso de https://www.pololu.com/product/2689, este está proporcionado con el tornillo (seleccionado en diseño por la razón de la velocidad de entrega) pero puede comprar el mismo motor y adaptar su propio tornillo con este motor https://www.pololu.com/Product/2267
El motor está dimensionado para 60 respiración por minuto, vea el cálculo Excel para el dimensionamiento.
El electrónico está diseñado para tener un microprocesador principal, basado en Arduino o partícula.
Arduino está bien disponible, pero la placa de partículas tiene la capacidad de actualizarse de forma remota. (una ventaja durante el desarrollo, pero un riesgo que una vez se ejecuta con un paciente real).
El Arduino seleccionado fue https://www.pololu.com/product/2188
La placa del microprocesador conduce un controlador de motor paso a paso 4988 https://www.pololu.com/product/1182 que está controlado usind 2 pin, dirección y pulso para "velocidad". Este pulso debe manejarse para alcanzar la velocidad de configuración del equipo Medic, y también se puede manejar para tener una curva "S" para inspirar y vencer.
Por supuesto, el motor paso a paso debe tener un "cero" esto podría lograrse "devolviendo" el motor a cero y que se detenga "mecánicamente", o agregue un sensor para la posición cero y monitoree esta posición "cero" para cada presión positiva al paciente. La flexibilidad solo puede lograrse usando un motor paso a paso.
Para mejorar un poco más el sistema y tener la configuración de la presión, queríamos utilizar el monitor de presión athesférica basado en el Bosch 280 https://www.adafruit.com/product/2652. Esto nos permitirá comparar la presión ambiente con presión para el escape Ambu y administrar el motor paso a paso en consecuencia, utilizando un bucle PID. (Además, con bypass para garantizar una configuración mínima de respiración por los DR)
Estos sensores habrían sido utilizados en la salida de Ambu, el retorno del paciente para monitorear la presión PEEP (de 5 a 20 como presión de PEEP estándar), incluso si queríamos usar la válvula PEEP existente de Ambu.
Este sensor de presión también se utilizó para monitorear la respiración del paciente, a fin de hacer "ventilación asistida" y, por supuesto, tener un software para garantizar una respiración mínima por minuto según el ventilador estándar.
La precisión esperada utilizando el sensor Bosch 280 Athmospherique fue, basado en la posición en la curva, de 5 a 10 %, ese fue el rango de precisión aceptable para el desafío.
Una vez que obtengamos todos los sensores, también probaremos y validaremos Theorie.
Por supuesto, estos sensores no cumplen con el requisito de "limpieza", pero esto podría cambiarse, y los montaremos en un pequeño chanber remoto conectado a las "cámaras" principales para evitar la contaminación, pero esto no es ideal.
Por supuesto, necesitamos tener un suministro de alimentación de 120-240 a 12 voltios, un cargador de batería para cargar una batería y mantener la electricidad durante 3 horas según el requisito, pero este es más equipo "relajado".
Necesitamos finalizar el consumo eléctrico para el tamaño de la batería.
También debemos agregar luz LED brillante y timbre al equipo médico de "alarma".
Nuevamente, esto se considera equipo estándar, de múltiples proveedores y no concentramos estos puntos.
Para tener una experiencia de usuario, la interfaz de usuario capaz de replicar lo que se utiliza el equipo médico, seleccionamos 2 opción.
1 - Uso de una pantalla táctil de 7.00 pulgadas 2 - usando una pantalla táctil de 3.2 pulgadas más pequeña para ahorrar costos y tener más disponibilidad
La pantalla 7.00 es https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-7-nextion-hmi.html desde nextion
La pantalla 3.20 es https://www.robotshop.com/ca/fr/affichage-lcd-tactile-hmi-32-nextion.html también desde nextion
Este sistema es para una descensión rápida y proporciona un intrefacio "HMI" gratuito, y también todo el código para interactuar con Arduino y otro tablero de microprocesador.
Puede descargar el software para diseñar HMI desde NEXTion en https://nextion.tech/
También hay una versión más barata de China, pero no está disponible fuera de China.
La pantalla de 7.00 pulgadas puede dibujar una curva, por lo que podremos replicar la interfaz de usuario utilizada en el ventilador real.
El concepto final que incluye un cuadro complejo y soporte para la pantalla LCD HMI no se finaliza y debe completarse.
Esta no era nuestra máxima prioridad y es "fácil" de hacer una vez que todas las pruebas están hechas.
El software WA en unos pocos pasos, por supuesto, comenzamos con un POC, prueba de concepto y evolucionamos a una pre-relejada.
POC: el motor de control basado en el volumen "Parámetro de la consola" está controlado por servo
Paso 01: Asegúrese de que se active el sensor "cero" y cree alarma
Paso 02: Cambiar el ciclo por minuto basado en "Parámetro de la consola:
Paso 03: Push de relación de cambio, aire de liberación (relación 1/4 a 3/4) basado en la consola de parámetros FOM
Paso 04: Lea la presión del sensor múltiple y determine la presión de 0 a - 60 mm
Paso 05: Agregue el bucle de control PID en función del sensor de presión
Paso 06: Agregue alarma para múltiples alarmas según la especificación
Paso 07: Inicie la pantalla HMI con +/- para FIO2 VT F Ration
Paso 08: Funciones de prueba e integración de HMI
Paso 09: Procedimiento de calibración para ingresar datos a través de HMI
Paso 10: Quema y validación de la ambu durabilidad.
Prerreelease una vez que todos los pasos están hechos y funcionando las 24 horas, los 7 días de la semana.
La calibración debe realizarse utilizando https://www.mcmaster.com/4125k21 lectura de presión. La calibración se realizaría y se ingresaría a través de HMI antes del envío.
Por supuesto, también se debe proporcionar un método de calibración que use "tubo de agua" para medir la presión para permitir la calibración utilizando equipos "básicos".
El procedimiento de limpieza se basa en el procedimiento AMBU. Si el sensor utilizado para la presión atmosférica, la limpieza se debe considerar "reemplazar el sensor" ya que el costo es bajo, particularmente si obtiene el sensor directo en alto volumen de Bosch o proveedor clave.
Si está inestrado de este concepto con motor paso a paso, PID, HMI, no dude en contactarnos.
Todavía seguimos adelante, incluso si la línea muerta del 31 de marzo está ... muerta.
